水稻香味基因的精细定位

随着现代生物技术的发展,越来越多的报道证明,香稻的香味物质为2-乙酰-1-吡咯啉,水稻的香味性状受位于水稻第8染色体上的1对隐性基因控制。本研究以11个香稻品种和4个非香稻品种为材料,分析了香味基因的遗传;以茉莉花香型的粳稻品种粳香米和非香品种MR63的F2群体为材料,对控制香味性状的基因进行了精细定位。结果表明,水稻香味受1对隐性基因控制,并将香味基因定位在水稻第8染色体上,位于InDeL标记AP05537—17和AP004463—13之间,与标记AP004463—13间的距离为0．4cM,与标记AP05537-17间的距离为1.6cM,在物理图谱上的物理距离大约252kb。分析发现BAC克隆AP004463最有可能包含该基因。最终在该区域内预测有15个基因可能与该香味基因相关。     

香型椰子BADH2基因生物信息学及表达分析

2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)是香型椰子香味物质的主要成分,BADH2是调控2AP合成的关键基因,分析香型椰子BADH2 (A-CnBADH2)基因的理化性质及组织表达特性,为香型椰子中香味物质2AP合成与积累的分子调控机理研究提供理论参考。本研究通过分析A-CnBADH2基因结构,发现其含有11个外显子和10个内含子,A-CnBADH2为非分泌蛋白,其大小为503 aa,等电点为5.35,分子量为54.92 kD,含有多个磷酸化位点,定位在细胞质中,二级结构以α-螺旋为主。系统进化分析表明,在遗传系数为0.587处,香型椰子、非香型椰子和水稻BADH2蛋白为同一个进化分支。通过对香型椰子和非香型椰子BADH2基因的序列进行比对,发现在基因的1 371位点,非香型椰子为G,而香型椰子为C,该位点的突变使得第442位点的丙氨酸变为脯氨酸,即P442A。荧光定量PCR分析得知,A-CnBADH2基因在根和茎中的相对表达量均显著低于在叶和椰肉中的相对表达量(P<0.05),但该基因在叶片和椰肉中的表达量无显著差异。该结果为BADH2基因调控2AP合成的分子机理提供参考。     

香水椰子香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的研究进展

香水椰子因其具有独特的芋香气味而备受消费者青睐,市场供不应求,经济价值潜力巨大。研究香水椰子香味物质合成与调控机理有助于加快香水椰子新品种培育进程,提升育种质量,优化栽培技术,满足市场需求。香水椰子的芋香气味已被证实由编码甜菜碱醛脱氢酶的CnAMADH2控制,该基因的突变使其功能发生改变并导致了香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的积累。本研究综述了2AP的研究发展历程,描述了2AP代谢通路的研究现状,总结了2AP合成的影响因素,展望了2AP未来的研究方向,为香水椰子香味研究提供参考。     

新型香稻渝恢2103香味分子遗传特性分析

香味是优良稻米品质的重要衡量标准之一,2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)是最主要的香味物质,然而2AP生物合成机理至今仍未确凿。本研究筛选了与2AP生物合成密切相关的甜菜碱脱氢酶2基因(Badh2)在30份水稻材料中的3种突变类型,从中发现1份新的香稻材料渝恢2103,该材料Badh2基因序列编码区无突变,遗传分析显示渝恢2103与badh2-E7突变型香稻宜香1B香味基因不等位,与非香稻杂交F2香与非香分离比接近9∶7,与香稻杂交F2香与非香分离比接近7∶9,表明渝恢2103的香味受多基因控制。进一步利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)比较了与2AP生物合成相关基因在日本晴、渝恢2103和宜香1B的表达情况,结果显示,Badh2基因在日本晴和渝恢2103中表达差异不大,但在宜香1B中表达量异常高;多数脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因在宜香1B中的表达水平显著高于日本晴和渝恢2103;推测宜香1B的2AP合成同时受Badh2基因以及脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因的影响;渝恢2103香味形成可能与这些基因无必然联系。渝恢2103特殊的遗传特性可能为水稻香味形成机理研究提供新的突破点。     

基于PCR/LDR技术的水稻香味等位基因Badh2-E2功能性分子标记

水稻中水稻甜菜碱醛脱氢酶(BADH2)功能缺失导致其酶促反应的底物2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的累积,使得稻米产生香味。水稻香味等位基因badh2-E2在中国的香稻育种中有较广泛的应用。本研究根据badh2-E2香味等位基因在第二外显子处7 bp缺失,设计了一个基于PCR/LDR技术的功能性分子标记。利用PCR/LDR标记对‘申繁24’、‘申恢26’,及其杂交F_1代的基因型进行鉴定,可以准确地鉴定出badh2-E2位点的基因型。用PCR/LDR标记对杂交F_2代群体的基因型进行鉴定,发现badh2-E2阳性纯合型、杂合型和badh2-E2阴性纯合型这3种基因型符合1∶2∶1分离比。本研究结果为标记辅助育种提供了一种新的标记类型,具有一定的应用价值。     

AP2基因家族的起源和棉花AP2转录因子在抗病中的作用

植物中庞大的AP2基因家族成员因其广泛参与植物响应外界环境胁迫、生长发育相关的转录调控而备受重视。AP2基因曾被认为植物所特有,但最近在蓝藻、线虫和病毒中发现了具有AP2结构域和位点特异核酸内切酶的蛋白。所以有人认为当今植物中的AP2基因起源于细菌或者病毒的基因的横向转移,AP2结构域可能来自后来进化为叶绿体的原始蓝细菌的内共生。ERF是AP2大家族中的一个亚族,它编码的蛋白能特异结合含有GCC盒的病程相关基因的表达,参与植物抗病反应。ERF基因的表达受到疾病相关刺激以及环境胁迫的诱导,并且在乙烯、茉莉酸和水杨酸信号传导途径中发挥一定的作用。同时,某些ERF基因在转基因植物中的超表达表现了一定的广谱抗性,因而在分子育种中具有一定的应用前景。棉花上AP2基因家族的基因克隆与分析最近才得以进行,介绍了我们在棉花上相关的研究工作并讨论了它们在植物抗病反应中的作用。     

芍药分生组织决定基因APETALA2(AP2)的克隆及生物信息学分析

花分生组织决定基因APETALA2(AP2)属于植物ABCDE模型基因,在花器官发育过程中起着重要的调控作用。为进一步了解芍药AP2基因的生物学功能,利用RACE扩增和测序技术克隆plAP2基因序列,利用生物信息学在线程序对其序列特征、蛋白结构及功能、亚细胞定位进行预测,并利用MEGA 5.0构建不同植物AP2分子进化树,最后利用qPCR检测其在内外花瓣中的差异表达情况。结果显示,克隆获得芍药AP2基因(plAP2)cDNA序列全长1 935 bp,其ORF全长为1 578 bp,编码525个氨基酸。蛋白结构与功能分析表明,plAP2蛋白为亲水性不稳定蛋白,无跨膜结构和信号肽,表明为非分泌蛋白;核定位信号位于氨基酸序列139-147(KKSRRGPRS);二级结构包括α-螺旋(24%)、β-折叠(19%)、β-转角(28%)和无规则卷曲(28%);plAP2蛋白存在8个糖基化位点和64个磷酸化位点,plAP2蛋白包含2个相同的保守结构域:AP2/(Ethylene-Responsive factors,ERF)(151-213aa和243-306aa)。亚细胞定位主要在细胞质(45.0%)中,少量分布于微体、线粒体基质间隙和溶酶体;进化树分析表明,芍药AP2基因与牡丹高度同源且亲缘关系最近;qPCR检测显示外瓣AP2表达量均极显著高于内瓣(P0.01)。克隆出芍药AP2全长cDNA序列,系统地揭示了plAP2蛋白基本结构、功能位点区域、细胞定位以及组织表达情况,为今后深入研究plAP2基因功能提供基础素材和理论参考。     

水稻种质资源香味基因Badh2的分子鉴定及香稻筛选

稻米香味性状是稻米品质的重要评价指标,香稻的培育是提高稻米附加值进而提高农民种粮积极性的有效手段,而香稻育种面临遗传背景来源单一的瓶颈大大制约了香稻的育种进程。发掘和利用香稻种质资源,扩大香稻遗传多样性是解决这一问题的主要途径。本研究利用已知水稻香味基因Badh2的分子标记,分析了来自世界各地的817份水稻种质资源及25份野生稻祖先的Badh2基因型。通过品尝法对具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,研究结果表明,83份水稻种质资源材料具有突变型Badh2基因,其中包括籼稻52份、粳稻30份、中间型1份;而普通野生稻和尼瓦拉野生稻均为野生型Badh2,表明香味性状是在栽培稻驯化过程中由香味基因Badh2自然突变产生。通过人工咀嚼法对83份具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,结果表明有28份稻米具有明显的香味,其中籼稻为20份,粳稻7份,中间型1份,并且籼稻香味浓郁程度普遍高于粳稻,推测Badh2受遗传背景影响而导致2-乙酰-1-吡咯啉在籽粒中积累量不同。本研究鉴定的香稻种质资源将为开展稻米香味性状遗传改良提供重要材料支撑。     

不同来源水稻种质资源香味基因badh2位点的鉴定

发掘和利用香稻基因资源是开展优质香稻品质改良的首要条件。本研究利用水稻香味功能基因分子标记,结合传统的味觉和嗅觉鉴定法,分析了不同来源不同类型的323份水稻种质的香味性状。研究结果表明:利用分子标记技术和谷粒咀嚼品尝是快速、准确鉴定水稻香味性状的优选策略;香味基因badh2位点频率在印度尼西亚和泰国的籼稻中达到68.2%以上,在美国、俄罗斯和意大利的粳稻中较低,在云南、缅甸、老挝和尼泊尔的普通野生稻中没发现;在发现的具香味性状的86份种质中,极大部分种质的香味性状受badh2等位基因控制,但有6份的香味性状可能不受badh2等位基因控制。这些香稻基因资源将是下一步开展稻米香味遗传分析以及香米品种改良的重要基础。     

欧李AP2基因家族的鉴定与表达分析

本研究以欧李全基因组和转录组数据为基础,对欧李AP2家族基因进行鉴定。结果表明：AP2家族基因在欧李中有17个成员,都具有两个AP2结构域。氨基酸数在356～854之间,分子量在40 092.00～93 434.48 k D之间,等电点为4.81～9.37之间,无规则地分布在5条染色体上。二级结构多为无规则卷曲。根据亚细胞定位显示：ChAP2-7存在于细胞质中,ChAP2-3、ChAP2-6、ChAP2-11和ChAP2-15存在于细胞核中。聚类分析将其分为三大类：AP2、euANT、basal ANT,其中,ChAP2-14与At5g67180,ChAP2-16与At2g28550,ChAP2-10与At3g54320等亲缘关系最近。综合来看,AP2家族的17个基因在不同的组织和不同的品种间表达差异较大。AP2-4和AP2-6在不同组织均有表达,AP2-2,AP2-3等基因在不同组织均不表达。AP2-4和AP2-6在‘农大4号’果实中表达较高,在‘农大5号’果实中几乎不表达。本研究结果为进一步研究欧李AP2基因家族的生物学功能与利用提供参考。     

广西香稻Badh2基因两种功能标记的开发

水稻的香味是一种重要的食味品质性状,是水稻第8号染色体Badh2基因突变导致其功能缺失,引起芳香活性物质2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)的积累从而产生香味。Badh2基因至少存在18个等位突变位点,利用等位突变位点辅助培育香稻被证明是一个有效手段。传统Sanger测序法和SSR分子标记PCR电泳分析进行位点检测效率较低。为了开发效率更高的检测方法,本研究利用了实时荧光PCR检测技术对广西地方常见的水稻突变荧光分子标记。对40份广西地方香稻的Badh2基因进行直接测序,发现这些香稻的Badh2基因主要存在两种突变,第4、5外显子806 bp缺失(badh2-E4-5.1)和第7外显子8 bp缺失(badh2-E7)。针对这两种突变类型设计实时荧光PCR检测方法,并对已测序的40份香稻进行验证,实时荧光PCR检测的准确性达到93.75%。进一步对50份地方品种进行香味基因型分型鉴定,其中24份香稻为badh2-E4-5,22份香稻为badh2-E7。本研究针对广西地方香稻品种的主要两种突变类型,设计开发了这两种等位基因的荧光分子标记,适用于香稻基因型的鉴定筛选,对香稻育种具有重要的现实意义。     

黄瓜CsAP2基因克隆及表达模式

本研究利用同源克隆方法从黄瓜(Cucumis sativus L.)顶芽中克隆获得APETALA2 (AP2)同源基因Cs AP2的cDNA序列。序列分析表明,CsAP2基因c DNA序列的完整开放阅读框(ORF)为1 452 bp,编码483个氨基酸,其分子质量为53 359,理论等电点为5.59。多序列比对和系统进化分析表明,CsAP2位于A类基因AP2分支,包含两个保守的AP2结构域。CsAP2与甜瓜CmAP2的同源性最高,为97.7%。CsAP2定位在细胞核。实时荧光定量PCR显示,CsAP2基因在营养器官中和四轮花器官中均有表达。     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

利用CRISPR-Cas9技术编辑Badh2基因创制优质香型籼稻三系不育系

稻米香味是水稻的重要食味品质之一,其主要受第8染色体上编码甜菜碱脱氢酶基因Badh2控制,该基因突变可导致香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)的含量增加从而促进香味的产生。本研究以三明市农业科学研究院自主选育的优质籼型杂交稻保持系明太B为受体,利用CRISPR-Cas9技术对其Badh2基因进行编辑和敲除。获得2个T₀代转基因纯合突变体植株并对其衍生的48个T₁代单株进行鉴定和分析,获得1个不含转基因载体骨架且在第2外显子插入单个碱基T的纯合突变体株系明太B-badh2。利用半定量PCR和qRT-PCR技术以及气相色谱质谱联用仪(GC-MS)检测Badh2基因相对表达量和2-AP含量;同时采用农业行业标准(NY/T1433-2014)推荐的48对水稻SSR引物进行指纹图谱分析。结果表明,该株系Badh2基因RNA表达水平显著下调;籽粒中香味物质2-AP的含量显著增加;指纹图谱分析发现,仅1对引物Rm571在野生型和突变体之间鉴定到等位变异,两组材料遗传差异较小。此外,本研究还对野生型和突变体T₂代植株表型性状、稻米蒸...     

全基因组鉴定和分析水稻AP2基因家族

AP2亚组类转录因子是植物特有的一类转录因子,属于AP2/ERF基因家族,在植物生长发育、细胞分化以及响应生物和非生物胁迫过程中起着重要的作用。本研究通过生物信息学的方式共鉴定到16个水稻AP2基因,并对这些基因的理化性质、基因结构、进化途径、顺式调控元件、表达谱等方面进行分析。结果显示这些基因不均匀地分布在8条染色体上,根据同源性差异又可以分成3个亚组。每个亚组成员在基因结构以及保守基序的位置和数目上具有相似性,而且大部分OsAP2基因受到一个或者多个miRNA基因的调控。另一方面,这些基因在不同组织的表达水平有很大的差异,其中茎和花药中表达量相对较高,且部分OsAP2基因的表达量受到激素的诱导。这些结果为下一步研究水稻AP2基因的生物学功能打下坚实的基础。     

水稻香米基因标记的开发与应用

稻米的香味是稻米食味品质的重要指标,而香味是受隐性核基因控制,杂合基因型不表现出香味,因此在香米育种中需要寻找一种快速、简便、准确的香味基因检测方法。本实验分别设计了水稻香米基因fgr的2个等位基因的基因标记（InDel-E2、InDel-E7）,利用这两个标记对20个香米和2个非香稻品种（品系）,以及2个香米／非香米组合的F1进行快速检测。结果显示,InDel—E2能检测到11个香米品种（品系）,InDel-E7可检测其余9个香米品种（品系）,且2个标记都能检测杂合基因型,说明本研究中的20个香米品种（品系）受2个香米基因控制。供试材料的分子检测结果与香米的基因型完全相符,因此本研究开发的2对标记可应用于香米育种的基因标记辅助选择和新香米基因的筛选。     

三白草AP1基因的表达和进化选择压力分析

为了探究选择压力对三白草AP1基因进化的影响,本研究在已克隆三白草AP1基因的基础上,对AP1a和AP1b两个同源基因做RT-PCR分析,并对AP1a和AP1b 2个同源基因和29个AP1同源基因做多序列比对,通过生物信息学软件包PAML 4.9中的codeml程序对三白草AP1基因和29个供试物种的AP1基因的CDS序列进行了进化选择压力分析。结果显示,AP1a和AP1b基因在花中的表达明显高于叶;所有的31个CDS序列的选择压力测度参数ω均小于1,表明AP1基因所承受的选择压力总体趋势为纯化选择。而多序列比对结果表明AP1基因在不同品种植物间有所保守,但在同一个物种中AP1基因又存在着分化。     

27种香稻品种badh2突变位点序列的分析

水稻甜菜碱醛脱氢酶2基因(Badh2)第7外显子和第2外显子的突变是导致稻米变香的主要原因。本研究分别对包含第7外显子或第2外显子的PCR产物进行测序分析,以明确27种适宜海南省种植的香稻品种的Badh2的突变序列。研究结果表明:海香5701、山栏香糯、海香6309等20个品种Badh2基因的突变类型为第7外显子发生了8 bp的缺失和3个碱基的突变,所有27个水稻香稻品种第2外显子序列都未发生改变。本研究结果可为这些香稻品种的保护与鉴定、及作为香味基因供体改良其他优良品种奠定基础。     

水稻极矮突变体s2-47对赤霉素的响应及基因定位研究

通过EMS诱变日本晴获得1个极端矮化突变体s2-47,其表型为极度矮化、叶色深绿、不能抽穗结实。对水稻胚乳的α-淀粉酶诱导实验表明s2-47突变体与GA的信号传导途径无关,外源活性GA₃对水稻幼苗株高的促进实验显示s2-47应与赤霉素的生物合成有关。利用s2-47和Dular构建F₂群体并精细定位表明,s2-47的表型与水稻OsCPS1基因紧密连锁,其编码的柯巴焦磷酸合成酶是赤霉素生物合成途径的第一个关键酶。序列分析发现,s2-47突变体的OsCPS1基因编码区发生了单个碱基缺失导致移码突变。OsCPS1基因在植株地上部都有表达,在节中表达最高。OsCPS1基因的表达受外源GA₃抑制,但在s2-47突变体中表达上调。     

甘薯AP2基因家族的生物信息学分析

AP2基因家族是与植物有关的转录因子家族,它广泛地参与到植物的多个生物学过程中,同时调控生物和非生物胁迫反应以及植物次生代谢产物合成。为了揭示甘薯AP2基因家族的生物学信息,利用生物信息学的方法鉴定了甘薯AP2基因家族的成员,并从理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、二级结构、三级结构等九个方面对甘薯AP2基因家族成员进行了预测和分析。这些研究结果为进一步研究甘薯AP2基因家族成员的功能提供了参考依据,同时在生产实践中也具有一定的应用价值。